直径50mm钢筋连接技术及应用-2009

直径50mm钢筋剥肋滚压直螺纹连接技术及应用

李生智肖飞王振丰

(中国建筑科学研究院建筑机械化研究分院，河北廊坊 065000)

[摘要]阐述了直径50mm钢筋剥肋滚压直螺纹连接技术国内外现状、技术特点、设备特点，介绍了直径50mm钢筋剥肋滚压直螺纹连接技术在国内外特殊工程中的成功应用

[关键词]机械连接、剥肋、滚压、套筒

1、国内外现状

国外钢筋机械连接技术始于70年代，首先是欧美和日本等国研究开发各种钢筋机械连接方法，并制定相应技术标准。主要有套筒挤压连接、熔融金属充填套筒连接和水泥灌浆充填套筒连接。国外对于直径50钢筋的连接一般采用镦粗直螺纹的连接工艺，该技术需要在一台大型镦头机上先将钢筋的端部镦粗，而后在用另一台设备加工螺纹，设备投入成本高，并且钢筋在冷镦粗时易出现脆断及镦偏现象。

我国钢筋机械连接技术始于80年代后期，90年代初期开始大量应用。国内机械连接技术的发展也是按照套筒挤压连接、锥螺纹连接和等强直螺纹连接顺序进展的。目前，钢筋等强度剥肋滚压直螺纹连接发技术在国内工程中已成为主流，但国内机械连接技术的应用一直限于直径40mm以下钢筋的连接。为满足了国内快速发展的核电、水电、隧道、桥梁、奥运场馆、超高建筑等基础设施领域对该技术的需求，我们以剥肋滚压直螺纹连接发明专利技术为基础通过大量试验研究，成功开发出了直径50mm钢筋直螺纹连接技术及设备。

2、技术特点

2.1 滚压加工螺纹工艺特点

钢筋直螺纹连接技术中的螺纹加工分为切削螺纹加工法和滚压螺纹加工法，直径50mm钢筋直螺纹连接技术采用的是滚压螺纹加工法。滚压螺纹加工工艺具备以下特点：①所加工螺纹的金属纤维是连续的；②由于滚压加工是使金属塑性变形而形成螺纹，当材料塑性变形时，金属晶粒产生滑移，纤维未被切断，只沿着螺纹齿形发生了变形，并使齿形表面材质较致密,且产生冷作硬化层，特别是牙底硬度明显增大，所以滚压螺纹的耐磨性能有较大提高；③螺纹的疲劳性能可

提高20～40%，抗拉强度提高20～30%，抗剪强度提高5%，而钢筋芯部仍保持原有机械性能等特点。

2.2钢筋端头整形工艺特点

滚压工艺虽然具有以上特点，但只有在工件外径尺寸非常准确的情况下才能加工出高精度的螺纹。现在市场上常见的滚压工艺有直接滚压螺纹、挤压肋滚压螺纹和剥肋滚压螺纹。这几种工艺都有各自的特点：①直接滚压肋螺纹利用滚轮直接在钢筋端部滚出螺纹，由于钢筋横纵肋在圆周方向不连续，滚压后被碾压成细丝浮在螺纹的表面，易造成虚假螺纹牙型，使螺纹牙型不完整，滚压的螺纹不能与套筒螺纹很好的配合，存在一定的质量隐患。②挤压肋滚压螺纹利用专用挤压设备先将钢筋的横纵肋挤进钢筋基园内，然后再用滚压装置滚压螺纹。这种工艺存在螺纹一致性差的问题，而且需要两台设备、两次装卡、两道工序才能完成，设备投入大。③剥肋滚压螺纹将钢筋的肋剥掉后再进行滚压螺纹，加工精度高，螺纹大小一致性好、滚轮工作寿命长。直径50mm钢筋剥肋滚压直螺纹机采用的是剥切钢筋横纵肋整形工艺，该设备集剥肋和滚压于一身，一次装卡即可完成钢筋螺纹加工，大大提高了效率。

3、设备特点

螺纹滚压加工有多种滚压方法，如用搓丝模加工、用滚压轮径向进给加工、用旋转滚丝轮和固定弧形丝板切向进给加工等。针对建筑钢筋一般定尺在6m、9m、12m三个长度，工件较长不宜旋转，且进给移动也不方便的特点，我们采用钢筋固定，动力头旋转并做轴向移动，进行滚压螺纹。考虑滚丝设备现场使用的通用性采用一种滚丝头通过更换不同型号滚丝轮就可完成直径Φ25mm～Φ50mm 的钢筋丝头的加工,给现场施工带来方便。

钢筋剥肋滚压直螺纹加工设备由动力系统、传动系统、电器系统、冷却系统、及剥肋涨刀装置等组成。钢筋丝头加工过程是：将待加工钢筋夹在设备的台钳上，开动机器，扳动进给装置，动力头向前移动，开始剥肋滚压螺纹，等滚压到调定位置后，设备自动停机，并自动反转，将钢筋端部退出动力头，扳动进给装置将设备复位，钢筋丝头即加工完成。该设备的特点是：①钢筋螺纹加工一次装卡即可完成，不需要镦粗、挤压等专用设备，设备投入少，操作简单；②由于钢筋是先剥肋后滚压螺纹，剥肋后的钢筋直径大小一致，因此滚压出的螺纹精度高，钢

筋接头质量稳定；③滚轮寿命长，附加费用低。

4套筒型式

套筒采用优质碳素结构钢加工而成，根据应用范围分为以下几种型式。标准型套筒：用于一般条件下钢筋连接施工；变径型套筒：用于连接任意两种不同规格直径的钢筋；正反丝扣型套筒：用于拐铁等两端钢筋都不能转动的场合；可焊型套筒：用于钢筋砼结构中的钢筋和钢柱或钢梁得连接施工；组合型套筒：用于两端钢筋既不能转动且不能轴向移动的场合。

5、性能试验

直径Φ50mm螺纹钢筋连接接头的性能实验结果见下表，结果显示接头性能达到了«钢筋机械连接通用技术规程»JGJ107-2003中规定的Ⅰ级接头性能要求。

试验结果

单向拉伸试件编号 1 2 3 单向拉伸

非弹性变形(mm) 0.12 0.08 0.09

抗拉强度(MPa) 670 685 690

总伸长率(%) 7.6 7.4 7.1

断裂位置断母材断母材断母材高应力反复拉压试件编号 4 5 6 高应力

反复拉压

残余变形(mm) 0.08 0.06 0.07

抗拉强度(MPa) 695 690 690 断裂位置断母材断母材断母材大变形反复拉压试件编号7 8 9

大变形

反复拉压

残余变形

(mm)

u

4

0.26 0.29 0.27

U

8

0.45 0.47 0.43

抗拉强度(MPa) 700 690 695 断裂位置断母材断母材断母材

6、工程应用

直径50mm钢筋直螺纹连接技术成功开发以来已成功应用到中央电视台新台址工程和卡塔尔多哈高层写字楼工程。

6.1 中央电视台新台址工程位于北京CBD黄金地段，毗邻长安街，占地面积总计18.7万m2，总建筑面积约55万m2，最高建筑约230m，工程总投资约50